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现代电子元件装配技术第四章表面贴装电路板一、表面贴装电路板的特点印刷电路板是一种附着于绝缘基材表面，用于连接电子元器件(包括屏蔽元件)的导电图形，简称PCB(PrintCircuitBoard)。专用于SMT的PCB(PrintCircuitBoard，印刷电路板)专称为SMB。1.1.特点：SMB比传统的PCB板的电路图形设计要高，其主要特点是：高密度、小孔径、多层数、高板厚/孔径比、优秀的运输特性、高平整光洁度和尺寸稳定性等。二、SMB的结构SMB一般由基板、覆铜箔和阻止焊层三部分组成。2.1.基板材料SMB的基板材料主要有无机材料和有机材料两大类。无机材料主要指陶瓷电路基板，有机材料中最常用环氧玻璃纤维基板。a.陶瓷基板材料陶瓷电路基板的基板材料是95％的氧化铝，在要求基板强度很高的情况下，可采用99％的纯氧化铝。b.环氧玻璃纤维电路基板环氧玻璃纤维电路基板由环氧树脂和玻璃纤维组成，它结合了玻璃纤维强度好和环氧树脂韧性好的优点，故具有良好的强度和延展性，它有单面、双面和多层之分。日常生产中多数采用FR-4的环氧玻璃纤维作为电路板的基板材料。2.2.导体材料常用的导体材料有铜、铝、金等。为提高导体材料与基板之间的附着力，常采用过渡层(亦称打底)材料，如铬(Cr)、镍(Ni)、钛(Ti)等。过渡层厚度一般为50-60nm，导体层厚度一般为100-200nm。2.3.阻焊层在印刷电路板上涂覆阻焊层的目的是防止邻近布线和焊盘间焊锡连桥，保护电路板免受机械损伤和污染。三、可制造性设计DFM(DesignforManufacturing)，可制造性设计，就是研究产品本身的物理设计与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于生产设计中以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，是保证PCB设计质量的最有效的方法。DFM从产品开发设计时就考虑到可制造性，使设计和制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的。HP公司DFM统计调查表明：产品总成本60%取决于产品的最初设计，75%的制造成本取决与设计说明和设计规范，70-80%的生产缺陷是由于设计原因造成的。3.1.DFM的优点DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点，是企业产品取得成功的途径。a.有利于制造程序的标准化DFM规范在企业内外部起到了一个良好的桥梁，它把设计、制造和产品部门有机地联系起来，同时可以达到生产测试设备的标准化。b.有利于技术转移，简化产品转移流程企业一般外包，则企业与OEM、EMS/CM之间的有效沟通非常必要。具有良好可制造性的产品与OEM、EMS/CM间实现平滑的技术转移和过渡，快速组织生产。ElectronicManufacturingServices电子设备制造厂商(EMS)ContractManufacturers签约厂商(CM)OriginalEquipmentManufacturers原始设备制造厂商(OEM)ElectronicComponentsManufacturers电子元器件制造厂商(ECM)c.降低新工艺引进成本，减少测试工艺开发的庞大费用d.节约成本，改善供货能力低成本、高产出、良好的供货能力，同时高可靠性是产品长期成本降低的基础。如果产品的可制造性差，往往花费更多的人力、物力、财力达到目的，同时还付出延缓交货、失去市场等沉重代价。e.新产品开发及验证的基础没有DFM规范控制的产品，在产品开发的后期，甚至常常在批量生产阶段才会发现各种生产问题，此时又更改设计，无疑增加开发成本，延长产品推向市场的时间，失去主动权。3.2.PCB设计印刷电路板设计也称为印刷板排版设计，目前基本通过计算机辅助的方法使用CAD软件来实现。PCB设计质量是衡量表面组装技术水平的重要标志，是保证表面组装质量的首要条件之一。PCB设计包含的内容基板材料选择布线元器件选择焊盘印刷板电路设计测试点PCB设计工艺性(可生产性)设计导线、通孔可靠性设计焊盘与导线的连接降低生产成本阻焊散热、电磁干扰等3.3.可制造性设计的主要内容a.PCB的组装形式及加工工艺流程b.SMT设备对PCB设计的要求c.元件的封装形式及焊盘设计d.SMT工艺对PCB设计的要求e.设计文件的输出f.可制造性设计审核g.加工中常见问题及解决措施a.PCB的组装形式及加工工艺流程考虑因素1)尽量采用回流焊方式，因为回流焊比波峰焊具有以下优势：元器件受到的热冲击小能控制焊料量，焊接缺陷小，焊接质量好，可靠性高焊料中一般不会混入不纯物，能正确地确保焊料的组分；有自定位效应(selfalignment)可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接工艺简单，修板量极小，从而节省了人力、电力、材料。2)混装情况下尽量选择插件、贴片在同一面，其次选择贴片在两面，插件在一面，尽量不要双面混装。3)BGA设计时，最好一面有BGA元件，两面安排BGA元件会增加工艺难度。b.SMT设备对PCB设计的要求1)外形设计及尺寸2)基准标志(Mark)设计3)PCB定位孔和夹持边的设计4)拼板设计5)PCB要求与元器件选用1)外形设计及尺寸形状设计PCB的外形应尽量简单，一般为矩形。板面不要设计得过大，以免回流焊接时引起变形。贴片机的PCB传输方式、贴装范围决定PCB外形。当PCB定位在贴装工作台上，通过工作台传输PCB时，对PCB的外形没有特殊要求；当直接采用导轨传输PCB时，PCB外形必须是笔直的。如果是异形PCB，必须设计工艺边使PCB的外形成直线。最大最小尺寸设计PCB最大尺寸＝贴片机最大贴装尺寸；PCB最小尺寸＝50×50mm，当PCB尺寸小于贴装最小尺寸时，必须采用拼板方式。厚度设计元件的重量和规格决定板的厚度，可通过计算重量来决定板厚。通常有3mm、2mm、1.6mm(标准)、1.5mm(国产)，多层板的层数决定厚度。具体尺寸可查标准。2)基准标志(Mark)设计作用：用于修正PCB固定或者PCB加工引起的位移偏差。种类：分为PCB基准标志和局部基准标志(Board和local)形状与尺寸：优选实心圆；优选直径为1.5mm。(0.5-3mm)布放要求：PCB基准标志一般放三个，在PCB对角线上；局部基准标志在元件对角线上。基准标志要与周围环境有反差。3)PCB定位孔和夹持边的设计a.定位孔一般两个，在PCB长边一则，孔径为3-5mm，一般取4mm，定位孔的位置距离PCB各边5mm处。b.夹持边夹持边要平整光滑，尺寸一致，误差小。夹持边3mm范围内不允许布元件。4)拼板设计PCB小于50×50mm必须组成拼板；为提高贴装效率对某些板、异形板也需拼板。每个拼板的对角线上要有基准标志。拼板中各块PCB之间的互连有双面对刻V形槽和断签式两种方式。要求既有一定的机械强度，又便于贴装后的分离。5)PCB要求与元器件选用PCB要求：a.外观质量无毛刺，四周光滑；一致性好；丝印清晰，丝印不偏移；阻焊层均匀，无脱落。b.要求平整度好对PCB翘曲度的要求：一般板为1.5%，带插头处为1.0%，SMB为0.5%。c.选择Tg(玻璃化转变温度)较高的基板材料，Tg应高于电路工作温度。d.选择CTE(热膨胀系数)低的材料c.元件的封装形式及焊盘设计1)对称性，两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡2)焊盘间距，确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。d.SMT工艺对PCB设计的要求1)元件分布均匀，疏密有序。2)元器件在PCB上的方向排列相同。3)大型器件的四周要留一定的维修空隙。4)抗干扰，防止耦合。e.设计文件的输出1)元器件明细表BOM(BillofMaterial，物料清单),描述产品零件、半成品和成品之间的关系。2)丝印图3)PCB坐标纯文本文件4)焊盘图形谢谢